基于金属有机框架及其衍生物的电容性能研究

发布时间：2017-08-06 22:21

  本文关键词：基于金属有机框架及其衍生物的电容性能研究

  更多相关文章： 超级电容器 电极材料 金属有机框架 硫化物

【摘要】：超级电容器是一种高效、实用的能量储存设备。电极材料是影响超级电容器电化学性能的核心因素。金属有机框架(MOFs)材料具有比表面积大、孔结构可控和开放的金属活性位点等优点,在超级电容器的电极材料中具有潜在的应用。本论文制备了镍(Ⅱ)-均苯三甲酸/多壁碳纳米管复合材料(Ni(btc)/MWCNTs)、三聚硫氰酸-镍(Ⅱ)(Ni(TCY))和ZIF-67。进一步以Ni(TCY)和ZIF-67为前驱物制备了相应硫化物,并详细研究了这些MOFs和相应硫化物作为电极材料的电容性能。主要包括以下几部分:(1)以多壁碳纳米管、硝酸镍和均苯三甲酸为原料,采用水热法制备了多层花状Ni(btc)/MWCNTs。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、N2等温吸附脱附(BET)、红外(FI-IR)等技术对合成的复合材料进行了表征。实验结果表明,多壁碳纳米管的掺入能诱导球形Ni(btc)转变成多层花状结构的复合材料,且材料的比表面积效应和导电性能显著增强。电化学研究表明,Ni(btc)/MWCNTs较单一组分的Ni(btc)具有更高的比电容和优良的循环性能。Ni(btc)/MWCNTs在2 A g~(-1)时的比电容达到916 F g~(-1),当电流密度增加到10 A g~(-1)时,比电容值为711 F g~(-1)。在电流密度为10 A g~(-1)下经过1000次充放电循环后,Ni(btc)/MWCNTs复合材料的容量保持率可达93.5%。(2)以Ni(NO_3)_2·6H_2O和三聚硫氰酸(TCY)为原料,采用水热法合成了球状Ni(TCY)金属-有机化合物。进一步以Ni(TCY)为前驱体通过热处理得到纯相的Ni S纳米材料。采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、透射电镜(SEM)、X-射线电子能谱仪(XPS)等方法对Ni S进行了表征。电化学实验表明,Ni S电极材料在4 A g~(-1)和20 A g~(-1)的比电容分别达到1493和1160 F g~(-1),明显高于Ni(TCY)的1111和840 F g~(-1)。同时,Ni S电极具有优良的稳定性,在10 A g~(-1)的大电流密度下经过2500次循环后,比容量保持率为85.4%,在超级电容器方面具有较大的应用潜力。(3)以Co(NO_3)_2·6H_2O和2-甲基咪唑为原料,在室温下合成ZIF-67多面体。将ZIF-67分散于乙醇中并依次加入硝酸镍和硫代乙酰胺,90℃回流反应1 h后得到双金属硫化钴镍(Co-Ni-S)空心多面体。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线能谱仪(EDS)对产物进行了结构和形貌表征。采用循环伏安、计时电位法和电化学阻抗方法考察了Co-Ni-S的电容行为。结果显示,Co-Ni-S具有高的比容量,在4 A g~(-1)电流密度下的比容量达到1890 F g~(-1),当电流密度增加至20 A g~(-1)时,比电容为1535 F g~(-1),容量保持率为81.2%。同时,Co-Ni-S也展现出优良的电化学稳定性,在大电流密度下(10 A g~(-1))经过1000次循环后,电容量保持率达到89.3%。
【关键词】：超级电容器 电极材料 金属有机框架 硫化物
【学位授予单位】：闽南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TM53
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 超级电容器11
• 1.2 超级电容器的分类11-12
• 1.3 超级电容器的储能机理12-14
• 1.3.1 双电层电容12-13
• 1.3.2 赝电容电容器13-14
• 1.4 MOFs14-19
• 1.4.1 MOFs简介14-15
• 1.4.2 MOFs在超级电容器中的应用15-16
• 1.4.3 MOFs 为前驱体制备碳材料及其在超级电容器的应用16-17
• 1.4.4 MOFs 为前驱体制备金属基材料及其在超级电容器的应用17-19
• 1.5 本课题的研究意义和研究内容19-20
• 参考文献20-25
• 第2章 镍(Ⅱ)-均苯三甲酸/多壁碳纳米管复合材料的的合成及电容性能25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.2.1 仪器和试剂26
• 2.2.2 Ni(btc)/MWCNTs 的制备过程26-27
• 2.2.3 电化学性能测试27-28
• 2.3 实验结果与讨论28-35
• 2.3.1 花状Ni-mof/MWCNTs的结构和形貌表征28-30
• 2.3.2 花状 Ni(btc)/MWCNTs 的电化学表征30-35
• 2.3.2.1 循环伏安性能分析30-32
• 2.3.2.2 充放电性能分析32-33
• 2.3.2.3 循环稳定性分析33-35
• 2.3.2.4 电化学阻抗分析35
• 2.4 结论35-37
• 参考文献37-41
• 第3章 以三聚硫氰酸-镍(Ⅱ)为前驱体合成NiS及其电容性能研究41-56
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42
• 3.2.1 试剂和仪器42
• 3.2.2 NiS 的制备过程42
• 3.2.3 电化学性能测试42
• 3.3 结果与讨论42-51
• 3.3.1 Ni(TCY)的形貌和结构表征42-44
• 3.3.2 NiS的形貌和结构表征44-46
• 3.3.3 NiS的电化学表征46-51
• 3.3.3.1 循环伏安性能分析46-47
• 3.3.3.2 充放电性能分析47-48
• 3.3.3.3 Ni(TCY)和 NiS 的电化学性能比较48-49
• 3.3.3.4 循环性能分析49-51
• 3.3.3.5 电化学阻抗分析51
• 3.4 结论51-52
• 参考文献52-56
• 第4章 以ZIF-67 为模板的硫化钴镍空心多面体及其电容性能56-73
• 4.1 引言56-57
• 4.2 实验部分57-58
• 4.2.1 仪器与试剂57
• 4.2.2 硫化钴和钴镍硫空心多面体的合成57-58
• 4.2.3 电化学性能测试58
• 4.3 结果与讨论58-66
• 4.3.1 硫化钴和钴镍硫空心多面体的表征58-61
• 4.3.2 硫化钴和钴镍硫空心多面体的电化学表征61-66
• 4.3.2.1 循环伏安性能分析61-62
• 4.3.2.2 充放电性能分析62-63
• 4.3.2.3 硫化钴和硫化钴镍的电容性能分析63-64
• 4.3.2.4 循环性能分析64-65
• 4.3.2.5 电化学阻抗分析65-66
• 4.4 结论66-67
• 参考文献67-73
• 结论与展望73-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士期间完成的科研成果77

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